Intercellular Adhesion and Pathfinding Molecule T-cadherin in the Development of the Nervous System

Luận án tiến sĩ chuyên sâu về vai trò của T-cadherin, một phân tử kết dính tế bào, trong quá trình phát triển hệ thần kinh. Nghiên cứu về dẫn đường tế bào.

• Tác giả: Harper Vansteenhouse
• Người hướng dẫn: Professor Barbara Ranscht, Chair
• Trường học: University Of California, San Diego
• Chuyên ngành: Neurosciences
• Đề tài: Intercellular Adhesion and Pathfinding Molecule T-cadherin Development Nervous System
• Loại tài liệu: Dissertation
• Năm xuất bản: 2007
• Địa điểm: San Diego

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về T Cadherin và Phát Triển Hệ Thần Kinh

Hệ thần kinh phức tạp được hình thành nhờ vào sự phát triển chính xác của các tế bào thần kinh và kết nối giữa chúng. Quá trình dẫn đường tế bào đóng vai trò then chốt, định hướng sự phát triển của sợi trục (axon) đến đích một cách chính xác. Các phân tử kết dính, đặc biệt là họ Cadherin, tham gia vào quá trình này. Bài viết này tập trung vào T-Cadherin, một thành viên độc đáo của họ Cadherin, và vai trò của nó trong phát triển hệ thần kinh, đặc biệt là trong dẫn đường tế bào. Nghiên cứu này dựa trên công trình của Harper VanSteenhouse tại Đại học California, San Diego, năm 2007. Sự chính xác trong định vị neuron và các kết nối đặc hiệu là yếu tố cần thiết để hệ thần kinh hoạt động đúng chức năng, như Thomas Henry Huxley đã từng nói: 'Hãy thử làm điều gì đó về mọi thứ và mọi thứ về một điều gì đó'.

1.1. Cadherin và vai trò trong dẫn đường sợi trục

Các phân tử kết dính đóng vai trò quan trọng trong việc định hướng sợi trục. Chúng hoạt động như những dấu hiệu hấp dẫn hoặc đẩy lùi, hướng dẫn sợi trục đến đúng vị trí. Sự biểu hiện protein kết dính một cách linh hoạt và đặc hiệu thúc đẩy sự tổ chức phức tạp của các tế bào. Cadherin là một họ các protein kết dính quan trọng, tham gia vào các quá trình như khuyến khích hoặc ngăn cản sự hình thành các kết nối tế bào.

1.2. Đặc điểm cấu trúc độc đáo của T Cadherin

T-Cadherin là một protein Cadherin độc đáo với các miền ngoại bào Cadherin. Khác với các Cadherin khác, T-Cadherin được neo vào màng tế bào thông qua liên kết GPI. Ngoài ra, T-Cadherin thiếu dư lượng tryptophan bảo tồn có mặt trong các Cadherin khác. Cấu trúc độc đáo này cho thấy T-Cadherin có thể có chức năng khác biệt so với các thành viên khác của họ Cadherin. T-Cadherin khác biệt về chức năng so với những protein khác thuộc họ, ví dụ như các chất nền phủ N-cadherin có khả năng kích thích mạnh sự phát triển của sợi trục tế bào hạch (ganglion), ngược lại, chất nền phủ T-Cadherin lại có tác dụng đẩy lùi các sợi trục đang phát triển.

II. Thách Thức Rối Loạn Dẫn Đường Tế Bào và Bệnh Thần Kinh

Sự sai lệch trong quá trình dẫn đường tế bào có thể dẫn đến các rối loạn phát triển hệ thần kinh. Việc hiểu rõ vai trò của T-Cadherin trong quá trình này có thể mở ra cơ hội mới trong việc điều trị các bệnh lý liên quan. Nghiên cứu này tập trung vào cách T-Cadherin tham gia vào quá trình dẫn đường sợi trục, từ đó tìm hiểu nguyên nhân gây ra các rối loạn và phát triển các phương pháp can thiệp hiệu quả.

2.1. Ảnh hưởng của rối loạn phát triển thần kinh đến kết nối thần kinh

Các rối loạn phát triển thần kinh thường liên quan đến sự hình thành không chính xác của các kết nối thần kinh. Neurogenesis, sự di cư của tế bào thần kinh và axon guidance là các quá trình quan trọng bị ảnh hưởng. Hiểu được cơ chế phân tử của sự phát triển thần kinh bình thường sẽ giúp làm sáng tỏ những gì sai sót trong các rối loạn này.

2.2. Liên hệ giữa biểu hiện gen của T Cadherin và bệnh lý

Sự thay đổi trong biểu hiện gen của T-Cadherin có thể liên quan đến các bệnh lý thần kinh. Việc nghiên cứu biểu hiện gen của T-Cadherin trong các mô hình bệnh tật có thể cung cấp thông tin về vai trò của nó trong bệnh sinh. Nghiên cứu của VanSteenhouse và Ranscht cũng cho thấy T-Cadherin có thể tương tác với các Cadherin khác và sự tương tác này có thể điều chỉnh sự dẫn truyền tín hiệu và thúc đẩy các chức năng của Cadherin khác.

2.3. Các nghiên cứu trước đây về axon guidance

Thuyết hóa ái lực (chemoaffinity) của Sperry, từ nhiều thập kỷ trước đã cho rằng, các tín hiệu hóa học định hướng sự kết nối của nơ-ron thông qua các tương tác phân tử đặc hiệu giữa các nơ-ron và môi trường. Giả thuyết từ thuyết hóa ái lực, được phát triển sau đó, đó là các phân tử nhận biết, mở rộng chóp tăng trưởng có khả năng điều chỉnh sự định hướng và nhận biết sợi trục. Các axon vận động non-naive có thể phát triển về cơ bản mà không bị loại bỏ các kết nối không chính xác. Sự chính xác này đòi hỏi các điều kiện cụ thể: thông tin từ môi trường và từ axon, cùng với khả năng phiên dịch và giải thích các thông tin đó.

III. T Cadherin và Dẫn Đường Tế Bào Vai Trò Đẩy Lùi Sợi Trục

T-Cadherin có vai trò độc đáo trong dẫn đường tế bào thông qua cơ chế đẩy lùi sợi trục. Nghiên cứu chỉ ra rằng T-Cadherin có thể ức chế sự phát triển của sợi trục, khác với các Cadherin khác thường thúc đẩy quá trình này. Cơ chế này quan trọng trong việc đảm bảo các sợi trục phát triển đúng hướng và tránh các vùng không mong muốn.

3.1. Chứng minh vai trò đẩy lùi của T Cadherin trong neurogenesis

Các thí nghiệm sử dụng chất nền phủ T-Cadherin cho thấy sự ức chế sự phát triển của sợi trục. Sự đẩy lùi này phụ thuộc vào sự biểu hiện của T-Cadherin trên sợi trục. Khi T-Cadherin không được biểu hiện, sợi trục không bị đẩy lùi. Kết quả này chứng minh rằng T-Cadherin hoạt động như một tín hiệu đẩy lùi trong neurogenesis. Cụ thể hơn, sự đẩy lùi có xu hướng diễn ra do tương tác đồng hình giữa T-Cadherin trên sợi trục và chất nền, và sự đẩy lùi chỉ quan sát được với các sợi trục được nuôi cấy ở giai đoạn phôi gà khi T-Cadherin được biểu hiện.

3.2. Tương tác homotypic của T Cadherin và axon guidance

Tương tác homotypic (tương tác giữa các phân tử giống nhau) của T-Cadherin đóng vai trò quan trọng trong việc đẩy lùi sợi trục. Sự tương tác này cần thiết cho chức năng đẩy lùi của T-Cadherin. Các đột biến ảnh hưởng đến tương tác homotypic làm giảm khả năng đẩy lùi của T-Cadherin. Sự liên kết này có thể dẫn đến sự truyền tín hiệu ảnh hưởng đến tốc độ và hướng của sự phát triển sợi trục. Điều này cho thấy T-Cadherin có liên quan đến sự thay đổi trong chuyển động của chóp tăng trưởng, vốn là cơ quan cảm giác dẫn đầu sợi trục.

3.3. T Cadherin và sự phát triển có khuôn mẫu của đường dẫn vận động

Đường dẫn vận động là một hệ thống mô hình tốt để làm sáng tỏ chức năng của T-Cadherin trong định hướng sợi trục, một phần là do giải phẫu hệ thống đã được nghiên cứu cẩn thận và sự điều chỉnh biểu hiện T-Cadherin đã được mô tả. Axon của các neuron vận động phát triển theo một khuôn mẫu có tính dập khuôn cao từ cơ thể nằm ở ống thần kinh bụng bên đến vùng cơ thể và tứ chi.

IV. Nghiên Cứu T Cadherin và Sự Phân Đoạn Sclerotome ở Phôi Gà

Nghiên cứu trên phôi gà cho thấy T-Cadherin đóng vai trò quan trọng trong sự phân đoạn sclerotome và hướng dẫn sợi trục vận động. T-Cadherin được biểu hiện ở sclerotome trước, và sợi trục vận động tránh sclerotome sau. Sự biểu hiện T-Cadherin không đúng chỗ có thể thay đổi hướng đi của sợi trục.

4.1. Biểu hiện T Cadherin trong sclerotome và axon guidance

T-Cadherin được biểu hiện ở sclerotome trước, và sợi trục vận động phát triển độc quyền thông qua sclerotome trước, hoàn toàn tránh sclerotome sau. Khi sclerotome được xoay theo chiều trước ra sau, các axon sẽ phát triển thông qua sclerotome vốn không thể xâm nhập ban đầu. Điều này cho thấy có một lực đẩy vô danh từ sclerotome sau.

4.2. Biểu hiện T Cadherin không đúng chỗ và thay đổi hướng sợi trục

Sự biểu hiện T-Cadherin không đúng chỗ ở sclerotome trước có thể thay đổi hướng đi của sợi trục vận động, làm cho chúng tránh vùng sclerotome này. Thí nghiệm sử dụng plasmid biểu hiện T-Cadherin để đưa vào sclerotome trước cho thấy T-Cadherin có thể điều khiển hướng đi của sợi trục một cách hiệu quả.

4.3. Tương tác đồng hình qua trung gian T Cadherin

T-Cadherin tạo ra sự đẩy lùi các sợi trục vận động thông qua tương tác đồng hình. Các thí nghiệm cho thấy, quá trình suy giảm T-Cadherin bằng RNAi ở các nơ-ron vận động của phôi gà gây ra các axon bất thường đi vào sclerotome sau.

V. Tương Tác Giữa T Cadherin và Các Phân Tử Cadherin Khác

T-Cadherin không chỉ hoạt động độc lập mà còn tương tác với các phân tử Cadherin khác. Sự tương tác này có thể điều chỉnh chức năng của cả T-Cadherin và các Cadherin khác, ảnh hưởng đến quá trình dẫn đường tế bào và hình thành synap.

5.1. T Cadherin ức chế chức năng của N Cadherin

T-Cadherin có thể ức chế chức năng của N-Cadherin. Khi cả hai phân tử được biểu hiện cùng nhau, T-Cadherin có thể làm giảm khả năng kết dính của N-Cadherin. Điều này cho thấy T-Cadherin có thể đóng vai trò điều hòa trong quá trình dẫn đường tế bào.

5.2. T Cadherin có thể thúc đẩy sự phân cắt N Cadherin

T-Cadherin có thể thúc đẩy sự phân cắt N-Cadherin. Khi cả hai phân tử được biểu hiện cùng nhau, một phần N-Cadherin được phát hiện ở dạng nhỏ hơn. Điều này cho thấy T-Cadherin có thể ảnh hưởng đến sự ổn định của N-Cadherin và điều chỉnh chức năng của nó.

VI. Kết Luận Tiềm Năng Ứng Dụng Nghiên Cứu T Cadherin trong Y Học

Nghiên cứu về T-Cadherin và vai trò của nó trong phát triển hệ thần kinh mở ra tiềm năng ứng dụng trong điều trị các rối loạn phát triển thần kinh. Hiểu rõ cơ chế hoạt động của T-Cadherin có thể giúp phát triển các phương pháp can thiệp mới, cải thiện chức năng thần kinh ở bệnh nhân.

6.1. T Cadherin là mục tiêu tiềm năng cho liệu pháp điều trị

Việc nhắm mục tiêu T-Cadherin có thể là một chiến lược tiềm năng để điều trị các rối loạn phát triển thần kinh. Các liệu pháp điều chỉnh chức năng của T-Cadherin có thể giúp cải thiện dẫn đường tế bào và hình thành synap, từ đó cải thiện chức năng thần kinh.

6.2. Hướng nghiên cứu tương lai về T Cadherin và neuroscience research

Các nghiên cứu trong tương lai nên tập trung vào việc tìm hiểu sâu hơn về cơ chế hoạt động của T-Cadherin và tương tác của nó với các phân tử khác. Nghiên cứu về biểu hiện gen của T-Cadherin trong các mô hình bệnh tật có thể cung cấp thông tin quan trọng về vai trò của nó trong bệnh sinh. Ngoài ra, cần có thêm nghiên cứu để phát triển các liệu pháp nhắm mục tiêu T-Cadherin một cách an toàn và hiệu quả.

Trích đoạn nội dung tài liệu

UNIVERSITY OF CALIFONIA, SAN DIEGO Intercellular Adhesion and Pathfinding Molecule T-cadherin in the Development of the Nervous System A dissertation submitted in partial satisfaction of the requirements for the degree Doctor of Philosophy in Neurosciences by Harper C VanSteenhouse Committee in Charge: Professor Barbara Ranscht, Chair Professor Nicholas Spitzer, Co-Chair Professor Samuel Pfaff Professor Eric Turner Professor Anthony Wynshaw-Boris 2007 UMI Number: 3244741 INFORMATION TO USERS The quality of this reproduction is dependent upon the quality of the copy submitted. Broken or indistinct print, colored or poor quality illustrations and photographs, print bleed-through, substandard margins, and improper alignment can adversely affect reproduction. In the unlikely event that the author did not send a complete manuscript and there are missing pages, these will be noted. Also, if unauthorized copyright material had to be removed, a note will indicate the deletion.

® UMI UMI Microform 3244741 Copyright 2007 by ProQuest Information and Learning Company. All rights reserved. This microform edition is protected against unauthorized copying under Title 17, United States Code. ProQuest Information and Learning Company 300 North Zeeb Road P.

Box 1346 Ann Arbor, MI 48106-1346 Copyright Harper C VanSteenhouse, 2007 All rights reserved. The dissertation of Harper C VanSteenhouse is approved, and it is acceptable in quality and form for publication on microfilm: Co-Chair Chair University of California, San Diego 2007 iii Try to learn something about everything and everything about something. Thomas Henry Huxley LV Table of Contents M2000 11. nh n TT TT ng ng KT KT TT TK KH KT KT kg rà XI 190192510 122727757 Ô ÔỔốố.-lAal ăn XI Awards and HOTOTS.

ch tà XII Abstract of the Dissertation 0 1. XIV lÔÌ)0i500880ii900/6i10 2 1018. 1 Adhesion molecules as guIdance CU€S. HH ng key 3 Cadherin family of cell adhesion molecuÌeS.

5 Patterned development of motor pathWAWS. cv Hs HH HH key 8 In OVO electroporation. chu 17 Chapter 2: Role of T-cadherin in development of segmentation of spinal motor TET VES. TT nọ HH kh 22 T-cadherin is a repulsive cue f†o mofOr aXONS 1n VIẨTO.

cày 26 Transgenic T-cadherin expression by chicken embryo sclerotome cells in Ectopic T-cadherin in anterior sclerotome establishes an ectopic repulsive rˆ005ã¡080101910/1901100 TT. 35 T-cadherin repulsion is mediated by a homotypic interaction with axonal I0.aaIIẠẶnn 39 RNAi induced knockdown of T-cadherin in chicken embryo motor neurons in ovo results in aberrant axons entering the posterior SJI9š01001 52111777. 43 Normal T-cadherin expression pattern is not required for normal gross pathfinding of motor neurons into the limb and to major muscle ¡010. 54 Materials and MethOdS.

HH HH TH HH kh kh kp 60 Chapter 3: Structure and function of T-cadherin adhesive domain. TT nọ HH kg 67 T-cadherin dimer interface mutants are expressed normally on the cell SULPACE II. 69 T-cadherin dimer interface mutants do not confer intercellular homophilic adh€SIOT. HT TH TH Hàn HH kề 72 Pro-T-cadherin expressed on the cell surface is susceptible to convertase DTOf€OlYyfIC CÏ€AVØ€.

HH HT TT TT TT ng 11 11g 1 kg kg 1 1 cv. 79 vị Role of alternative proteolytic processing of T-cadherin for adhesivity and intermolecular In†€FACfOTI. sees ccccaneeccecauscescuseeceseueescesauescsanens 83 Chapter 4: Functional interaction of T-cadherin with other cadherin family IMCMDETS. Gv ng KT KHE kn 93 Role of T-cadherin expression in combinatorial modulation of other cadherins: CHO cell morpholOBV.cc c1 cv xxx xe 96 Role of T-cadherin expression in combinatorial modulation of other Cadherins: adhesivity.ccccccccsccccesssseececsssseeeeeeeesteeeeeeesssseesessseeeeeeeeaes 101 Role of T-cadherin expression in combinatorial modulation of other cadherins: Agøregation and SeøT€ØatIOI.

cá che 106 Role of T-cadherin in the cleavage of N-cadherin. c2 112 Materials and MethOdlS. HT nh nh kg 117 DISCUSSIOTN. Q0 HH ng TT ng TH Ki TH HH HH 119 Chapter 5: Concluding ReIaTS.- 1111133111111 112 111 1E kg như 122 Ra.

122 T-cadherin as a pathfinding cue: simultaneous “adhesion” and “repulsion”. 127 T-cadherin interaction with other cadherin family members.- 130 Species differences in T-cadherin expression paffern.cccccc + 138 Implications for regeneration and neuraÌ r€DAIT. 141 vil List of Figures Figure 1-1: Domain structure of T-cadherin and comparison with other classical 680195111727 da. 7 Figure 1-2: Motor axon pathways from neural tube to muscle targets in limb and 04205722757 a4.

12 Figure 1-3: In ovo electroporation Into embryonic chieken selerotome. 15 Figure 1-4: Expression vector and RNAI used for In ovo electroporation. 16 Figure 2-1: T-cadherin Induces motor neuron ørowth cone collapse. 30 Figure 2-2: In ovo electroporation and ectopic co-expression of T-cadherin and S60580189I540i0 222.

34 Figure 2-3: Motor axons avoid anterior sclerotome cells ectopically expressing T- CACHETIN. ốắ 38 Figure 2-4: T-cadherin 1s a homotypIe repulsIV€ CUe€ 1n VIẨTO. cà, 42 Figure 2-5: T-cadherin is a homotypic repulsive cue fo mofor axonS In OVO. 47 Figure 2-6: T-cadherin expression perturbation doesn’t cause any gross motor axon pathfinding errors during growth through the limb.«‹<+<++>: 53 Figure 3-1: Surface expression of T-cadherin dimer interface mufanfs.- 71 Figure 3-2: T-cadherin mediated homophilic intercellular adhesion is abrogated when critical dimer interfaces residues are mufafed.

che 75 Figure 3-3: T-cadherin dimerization is required for homotypic neurite outgrowth mi i0. 78 viii Figure 3-4: Western blot of T-cadherin.- 1111122 kg kg nhu 81 Figure 3-5: T-cadherin processing by the proprotein convertase Furin. 82 Figure 3-6: L929 cells transfected with wildtype T-cadherin or TcadXmut 34003-11010/20/0VdiiầidiđiiiiiiiiaiẢŸẢ. 85 Figure 4-1: T-cadherin expression makes CHO cells rounder, and is dominant to elongation due to N-cadher1n.

cc c2 c2 vn S1 9 1111118211111 1111k ng 1x sec 99 Figure 4-2: Summary results of cell-substrate adhesion assays between various combinations of T- and N-cader1n. - - - c1 vs ng vi ret 105 Figure 4-3: T-cadherin expressing cells sepregate from both Type-I and Type-lI cadherin expressing celÏS II VIẨFO. c1 vn v2 v9 111118821111 ng ren 111 Figure 4-4: N-cadherin 1s present as a shorter form when co-expressed with T- 68In9yii0ii0905i900211 1e. 115 Figure 4-5: Western blot of N-cadherin immunoprec1pIfaf€S.

cày 116 Figure 5-1: Summary of electroporation experiments reSuÌfs.-+- 124 Figure 5-2: Schematic of continuum of kinetics between adhesive and signaling INTELACTIONS 2. 128 Figure 5-3: Model of T-cadherin interaction with other cadherins on a growth i10 ái.- 135 Figure 5-4: Possible pathway for T-cadherin to control N-cadherin induced T€UTIf€ OU{ĐTOWWẨH,. HS TT ng TH ng ng Hit 137 Ix Acknowledgements I have been blessed with many valued mentors and role models in both my personal and scientific lives. I wish to first thank my family for their unwavering support and guidance through all of my endeavors.

I know they were proud of all of my achievements, but I wish my grandparents could see this manuscript. Special appreciation goes to my fiancé, Tracey, for her daily support and enthusiasm for everything we pursue. I am deeply indebted to my major advisor, Dr. Barbara Ranscht, for her direction and encouragement in my development as an independent scientist and provision of an environment of intellectual curiosity and integrity.

The members of my committee also provided instrumental guidance during the planning and execution of many of the experiments described. The members of the Ranscht Lab have all contributed immensely to my learning and to my life—thank you all. I am thankful to Catherine Krull and Yaxiong Chen for assistance with electroporation technique, Samuel Pfaff and Nicolas Girard for help with backlabeling technique, electroporation vectors and antibodies as well as many helpful discussions, and to Elena Pasquale for ephrinB-1 antibody. 1 will always appreciate Dr.

Birgit Zipser and Dr. Laura Symonds for providing my first introductions to the satisfying and entertaining aspects of scientific research and preparing me for a life in science. Chapter 2 in part is being prepared for publication as T-cadherin is a homotypic repulsive axon pathfinding cue that directs segmented motor neuron outgrowth by VanSteenhouse H and Ranscht B. The dissertation author is the primary investigator on this paper.

Chapter 3 in part is being prepared for publication as Untitled by Ciato C, VanSteenhouse H, Ranscht B and Shapiro L. The dissertation author is the primary investigator on this portion of the collaborative paper. xi Vita 2007 Doctor of Philosophy, University of California, San Diego 2002-2007 Graduate Student Researcher, University of California, San Diego 2006 Teaching Assistant, HDP110, Brain and Behavioral Development, University of California, San Diego 2001-2002 Graduate Research Assistant, Laboratory of Birgit Zipser, Ph., Departments of Physiology and Neuroscience at Michigan State University 2001 Bachelor of Science, Michigan State University, East Lansing, MI Publications VanSteenhouse HC, Ranscht B. T-cadherin is a homotypic repulsive axon pathfinding cue that directs segmented motor neuron outgrowth.

Ciatto C, VanSteenhouse HC, Ranscht B, Shapiro L. VanSteenhouse HC, Ranscht B. Cadherins as Regulators of Specific Motor Neuron Connectivity. Abstract Viewer and Itinerary Planner.

Washington, DC: Society for Neuroscience, 2004. xil VanSteenhouse HC, Horton ZA, Goodman MB, O’Hagan R, Tai M-H, Zipser B. Cell type-specific glycosylations in C. Submitted, Revision in progress.

VanSteenhouse HC, Horton ZA, Goodman MB, O’ Hagan R, Tai M-H, Zipser B. Cell type-specific glycosylations in C. Society for Neuroscience 32nd Annual Meeting. Baker M, VanSteenhouse HC, Tai M-H, Huang L, Johansen J, Johansen KM, Xu Y, Hollingsworth RI, Zipser B.

Constitutive and Developmentally Regulated Glycosylations of CAMs Mediate Sequential Steps in Synaptic Targeting. 4th International Symposium on Organogenesis: Molecular Control of Neuronal Organogenesis. Ann Arbor, MI. VanSteenhouse HC, et al.

Symposium on Transcriptional Regulatory Mechanisms. East Lansing, MI. Awards and Honors 2003-2006 UCSD Genetics Training Program grant 2003-2004 Merck & Co. fellowship 2002 NSF Graduate Research Fellowship honorable mention XII ABSTRACT OF THE DISSERTATION Intercellular Adhesion and Pathfinding Molecule T-cadherin in the Development of the Nervous System by Harper C VanSteenhouse Doctor of Philosophy in Neurosciences University of California, San Diego, 2007 Professor Barbara Ranscht, Chair Professor Nicholas Spitzer, Co-chair XIV Adult animals exhibit an amazing array of behaviors controlled by an exquisitely complex nervous system.

Axon pathfinding is an essential component to the development of a fully functioning nervous system. Axon pathfinding cues are molecules in the tissue surrounding growing axons that instruct directionality of axonal outgrowth leading to their proper trajectory from cell body to target. Cell adhesion molecules are one class of proteins that function as contact attractant or repellent pathfinding cues. This dissertation examines the contribution to axon pathfinding of T-cadherin, a member of the cadherin family of adhesion molecules.

Both in vitro and in vivo, T-cadherin is found to be a contact repellant pathfinding cue. Not only is T-cadherin a cue in the environment, it signals to T- cadherin on growth cones in a homotypic manner. Soluble T-cadherin collapses growth cones of motor neuron explants. T-cadherin substrates inhibit neurite outgrowth of wildtype—but not knock-out—spinal neurons.

T-cadherin expressed on motor neurons and in posterior sclerotome of chicken embryos directs the outgrowth of motor neurons exclusively through the anterior sclerotome. T-cadherin’s properties of homophilic adhesion and inhibition of neurite outgrowth require dimerization, and both functions can be blocked by a single point mutation disrupting this dimer formation as predicted by structural studies. The presence of the pro-domain of T- cadherin also appears to disrupt normal T-cadherin function. T-cadherin acts in a dominant negative manner over N-cadherin function in several in vitro assays.

T-cadherin co-expression negates N-cadherin induced cellular morphology, causes abnormal cell aggregation and segregation, and abrogates strong XV N-cadherin homophilic adhesion. T-cadherin may have dominance by inducing the cleavage of N-cadherin. When T- and N-cadherin are coexpressed in the same cell, a portion of the N-cadherin is detected as a smaller species than when expressed alone. Thus, T-cadherin is shown to be a homotypic repulsive axon pathfinding cue, which may be functioning though an interaction with other cadherins.

This interaction may explain T-cadherin’s signaling abilities—in spite of being GPI-anchored—by modulating the signal transduction abilities that normally induce neurite outgrowth as a function of the other cadherin’s interactions. Xvi Chapter 1: Introduction Axon Pathfinding The adult nervous system displays a high order of structural specificity that is generated during development. The specific positioning of neurons, and the specific connections they make to their target cells is essential for a properly functioning nervous system.